摄像机基础知识

• CCD它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把 光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数 字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪 速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举 地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理 手段，根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感 光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面 受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在 组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，
• 1/1.6 1000万像素CCD
3.1 CCD的组成
• CCD的加工工艺有两种，一种是TTL工艺，一种是CMOS工 艺，现在市场上所说的CCD和CMOS其实都是CCD，只不过是 加工工艺不同，前者是毫安级的耗电量，二后者是微安级 的耗电量。随着科学技术的不段发展,现在CMOS的成像问 题得到了不端的改善,SONY等厂家也开始使用CMOS作为高 端摄像机器的光电转换设备.
从能量的转变来看，摄像机的工作原理是一个光－－电－－ 磁－－电－－光的转换过程。
2 镜头及其成像原理
• 镜头是摄像机最主要的组成部分，并被喻为人的眼睛。人 眼之所以能看到宇宙万物，是由于凭眼球水晶体能在视网 膜上结成影像的缘故；摄像机所以能摄影成像，也主要是 靠镜头将被摄体结成影像投在摄像管或固体摄像器件的成 像面上。因此说，镜头就是摄像机的眼睛。电视画面的清 晰程度和影像层次是否丰富等表现能力，受光学镜头的内 在质量所制约。当今市场上常见的各种摄像机的镜头都是 加膜镜头。加膜就是在镜头表面涂上一层带色彩的薄膜， 用以消减镜片与镜片之间所产生的色散现象，还能减少逆 光拍摄时所产生的眩光，保护光线顺利通过镜头，提高镜 头透光的能力，使所摄的画面更清晰。
• 首先要熟知镜头的成像原理，它主要包括焦距、视角、视 场和像场。
• 焦距是焦点距离的简称。例如，把放大镜的一面对着太阳， 另一面对着纸片，上下移动到一定的距离时，纸片上就会 聚成一个很亮的光点，而且一会儿就能把纸片烧焦成小孔， 故称之为“焦点”。从透镜中心到纸片的距离，就是透镜 的焦点距离。对摄像机来说，焦距相当于从镜头“中心” 到摄像管或固体摄像器件成像面的距离。 焦距是标志着光学镜头性能的重要数据之一，因为镜 头拍摄影像的大小是受焦距控制的。在电视摄像的过程中， 摄像者经常变换焦距来进行造型和构图，以形成多样化的 视觉效果。例如，在对同一距离的同一目标拍摄时，镜头 的焦距越长，镜头的水平视角越窄，拍摄到景物的范围也 就越小；镜头的焦距越短，镜头的水平视角越宽，拍摄到 的景物范围也就越大。
1.摄像机的工作原理
• 摄像机是一种把景物光像转变为电信号的装置。其结构大 致可分为三部分：光学系统（主要指镜头）、光电转换系 统（主要指摄像管或固体摄像器件）以及电路系统（主要 指视频处理电路）。
1.1 光学系统
• 光学系统的主要部件是光学镜头，它由透镜系统组合而成。 这个透镜系统包含着许多片凸凹不同的透镜，其中凸透镜 的中比边缘厚，因而经透镜边缘部分的光线比中央部分的 光线会发生更多的折射。当被摄对象经过光学系统透镜的 折射，在光电转换系统的摄像管或固体摄像器件的成像面 上形成“焦点”。光电转换系统中的光敏原件会把“焦点” 外的光学图像转变成携带电荷的电信号。这些电信号的作 用是微弱的，必须经过电路系统进一步放大，形成符合特 定技术要求的信号，并从摄像机中输出。 光学系统相当于摄像机的眼睛，与操作技巧密切相关。
当摄像机镜头的成像尺寸被确定之后，对一个固定焦距的 镜头来说则相对具有一个固定的视野，常用视场来表示视 野的大小。它的规律是，焦距越短，视角和视场就越大。 所以短焦距镜头又被称为广角镜头。
3 CCD
• CCD的全称是Charge Coupled Device,中文名字叫电荷耦 合器件.它是一种半导体装置，能够把光学影像转化为数 字信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像（Pixel）。 一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就 越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换 成数字信号。CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广 泛，只不过摄像机中使用的是点阵CCD，即包括x、y两个 方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性CCD， 它只有x一个方向，y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。
• 一个摄像机镜头能涵盖多大范围的景物，通常以角度来表 示，这个角度就叫镜头的视角。被摄对象透过镜头在焦点 平面上结成可见影像所包括的面积，是镜头的视场。但是， 视场上所呈现的影像，中心和边缘的清晰度和亮度不一样。 中心部分及比较接近中心部分的影像清晰度较高，也较明 亮；边缘部分的影像清晰度差，也暗得多。这边缘部分的 影像，对摄像来说是不能用的。所以，在设计摄像机的镜 头时，只采用视场。需要重点指出，摄像机最终拍摄画面 的尺寸并不完全取决于镜头的像场尺寸。也就是说，镜头 成像尺寸必须与摄像管或固体摄像器件成像面的最佳尺寸 一致。
就构成了一幅完整的画面。
CCD在摄像机里是一个极其重要的部件，它起到将光线转 换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能的好坏 将直接影响到摄像机的性能。
CCD由微型镜头、分色滤色片、感光层等三层组成,将分 别叙述如下:
• 3.1.1Байду номын сангаас微型镜头
微型镜头为CCD的第一层，我们知道，数码相机成像 的关键是在于其感光层，为了扩展CCD的采光率，必须扩 展单一像素的受光面积。但是提高采光率的办法也容易使 画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上 一副眼镜。因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决 定，而改由微型镜片的表面积来决定。
1.2 光电转换系统
• 光电转换系统是摄像机的核心，摄像管或固体摄像器件便 是摄像机的“心脏”，有关这一部分的内容，将在第三章 里介绍。由于家用摄像机大多是将摄像部分和录像部分合 为一体，下面再概述一下录像部分的工作原理。
• 当摄像机中的摄像系统把被摄对象的光学图像转变成相应 的电信号后，便形成了被记录的信号源。录像系统把信号 源送来的电信号通过电磁转换系统变成磁信号，并将其记 录在录像带上。如果需要摄像机的放像系统将所记录的信 号重放出来，可操纵有关按键，把录像带上的磁信号变成 电信号，再经过放大处理后送到电视机的屏幕上成像。